DE102014203351A1 - Auflager zur Lagerung und zur thermischen Isolation von Fluidtanks - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Auflager zur Lagerung und zur thermischen Isolation von Fluidtanks in Schiffen mit einem an einer Struktur des Schiffes festlegbaren Stützkörper. Der Stützkörper weist eine Kunststoffmatrix zur Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit, in die Kunststoffmatrix eingebettete Füllstoffe zur Gewichtsreduzierung und/oder zur Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit und in die Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern zur Erhöhung der Druckfestigkeit auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Auflagers.

Description

  • Der Transport von Gas erfolgt in zunehmender Weise in Flüssiggastanks auf Schiffen, wobei der Transport auf Wasserwegen eine flexible Alternative zum Transport in Pipelines darstellt. Der Transport in Flüssiggastanks erfordert, dass das zu transportierende Gas zunächst verflüssigt wird. Die verwendeten Flüssiggastanks werden grundsätzlich unterschieden nach der Art der eingesetzten Verflüssigungsmethode. Dabei wird vor allem Liquefied Petroleum Gas (LPG) unter dem Einsatz eines hohen Drucks oder einer Kombination aus Druck und niedrigen Temperaturen transportiert. Liquefied Natural Gas (LNG) wird meistens durch den Einsatz sehr niedriger Temperaturen bis hin zu –163°C verflüssigt, um anschließend transportiert zu werden.
  • Die Flüssiggastanks werden mithilfe von speziell dazu konzipierten Auflagern in den Schiffsstrukturen gelagert. Das Auflager bildet dabei aufgrund einer doppelten Belastung eine kritische Stelle. Die doppelte Belastung resultiert aus der Aufgabe eines Lastabtrags der Flüssiggastanks auf die Schiffsstrukturen und der Isolationsanforderung an die Flüssiggastanks gegenüber der Schiffsstruktur. Eine Isolierung ist bei einem Flüssiggastank aufgrund der sehr tiefen Temperaturen von bis zu –163°C, die zur Verflüssigung der Gase benätigt werden, zwingend notwendig. Der Flüssiggastank erfährt nämlich einen dauerhaften Wärmeeintrag, der dazu führt, dass das verflüssigte Gas oberhalb seines Siedepunkts verdampft. Der Wärmeeintrag findet hierbei insbesondere im Bereich des Auflagers statt.
  • Seit langem werden die Auflager aus Kunstharzpressholz gefertigt. Allerdings können die Beanspruchungen der Auflager aus Kunstharzpressholz durch die abzutragenden Lasten in Kombination mit Schiffsbewegungen und die dauerhaften Temperaturunterschiede zu Problemen hinsichtlich Vereisung, Aufquellung und Abplatzungen an dem Auflager führen. Zum Beispiel kann die Isolation des Kunstharzpressholzes durch einen Feuchtigkeitseintritt in das Holz erheblich vermindert werden. Durch die fehlende bzw. stark verminderte Isolation findet ein erhöhter Wärmeeintrag in den Flüssiggastank statt, der mit einer Verdampfung des Flüssiggases einhergeht und damit einen teilweisen Verlust der Ladung bzw. einen hohen Energierückgewinnungsaufwand nach sich zieht. Zudem kann durch den dauerhaften Kälteeintrag vom Flüssiggastank über das Auflager in die Schiffsstruktur eine Versprödung der Schiffsstruktur erfolgen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auflager zur Lagerung und thermischen Isolation von Flüssiggastanks in Schiffsstrukturen bereitzustellen, das im Betrieb verbesserte Eigenschaften und eine hohe Lastaufnahmefestigkeit sowie eine große Isolationswirkung aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Auflager gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren zur Herstellung eines Auflagers gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie den Ausführungsbeispielen.
  • Mit der Erfindung wird ein Auflager zur Lagerung und zur thermischen Isolation von Fluidtanks in Schiffen mit einem an einer Struktur des Schiffes festlegbaren Stützkörper bereitgestellt. Der Stützkörper weist eine Kunststoffmatrix zur Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit, in die Kunststoffmatrix eingebettete Füllstoffe zur Gewichtsreduzierung und/oder zur Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit und in die Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern zur Erhöhung der Druckfestigkeit auf. Durch die Kombination aus Kunststoffmatrix, Füllstoffen und Verstärkungsfasern weist das Auflager sowohl gute isolierende Eigenschaften als auch eine hohe Druckfestigkeit auf. Mit dem erfindungsgemäßen Auflager kann somit ein Wärmeeintrag in den Fluidtank sowie ein Kälteeintrag in die Schiffsstruktur bei gleichzeitig hoher Druckfestigkeit verringert werden.
  • Die in die Kunststoffmatrix eingebetteten Verstärkungsfasern können in mindestens einer Richtung einer vom Fluidtank auf den Stützkörper ausgeübten Kraft ausgerichtet sein. Der Stützkörper weist in einer Ausführungsform mehrere Gruppen von Verstärkungsfasern auf, die jeweils in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind. Hierdurch lässt sich die Druckfestigkeit insbesondere in Faserrichtung weiter erhöhen. Eine sich zeitlich ändernde Richtung einer Gewichtskraft des Fluidtanks bei hohem Wellengang oder Krängung des Schiffes kann durch unterschiedlich ausgerichtete Verstärkungsfasern kompensiert werden.
  • In weiteren Ausführungsformen ist ein Winkel zwischen jeweils unterschiedlich ausgerichteten Verstärkungsfasern kleiner, gleich oder größer als 90°. Es können z. B. mehr als drei Ausrichtungswinkel vorgesehen sein. Hierdurch können die Verstärkungsfasern sogar in mehr als drei Richtungen ausgerichtet sein. Die Verstärkungsfasern können also in einer, zwei, drei oder mehr Richtungen ausgerichtet sein. Sie können auch ein Netz bilden, das in den entsprechenden Richtungen ausgerichtet ist.
  • Der Fluidtank kann verschiedene Formen umfassen und z. B. quaderförmig, kugelförmig, oder zylindrisch ausgebildet sein. In bevorzugten Ausführungsformen hat der Stützköper eine Form, die einer Form des Fluidtanks entspricht. Die Verstärkungsfasern können in diesem Fall derart ausgerichtet sein, dass sie parallel zu einer auf den Stützkörper wirkenden Kraftkomponente des Fluidtanks verlaufen. Sie können somit auch innerhalb des Stützkörpers mit variierenden Ausrichtungswinkeln ausgerichtet sein. Auch ein Ort des Auflagers kann für die Ausrichtung der Verstärkungsfasern von Bedeutung sein. So sind die Verstärkungsfasern üblicherweise bei einem seitlich an dem Fluidtank angeordneten Stützkörper anders ausgerichtet, als bei einem unterhalb des Fluidtanks angeordneten Stützkörper.
  • Das Auflager kann sowohl als Fest- als auch als Loslager konzipiert werden. Beispielsweise kann ein als Loslager ausgebildetes Auflager lediglich vom Fluidtank auf den Stützkörper ausgeübte vertikale Gewichtskräfte aufnehmen und ermöglicht eine Verschiebung des Fluidtanks in Längsrichtung bzw. Querrichtung. Typischerweise werden bei einem unterhalb des Fluidtanks angeordneten Loslager die Verstärkungsfasern deswegen in vertikaler Richtung ausgerichtet. Ein als Festlager ausgebildetes Auflager fixiert den Fluidtank sowohl in Längsrichtung und Querrichtung als auch in vertikaler Richtung. Hierdurch können ungewollte Verschiebungen des Fluidtanks im Schiff reduziert werden. Bei einem Festlager kann es deshalb vorteilhaft sein, dass die Verstärkungsfasern in mindestens drei Richtungen (Längsrichtung, Querrichtung, vertikaler Richtung) ausgerichtet sind.
  • Die Verstärkungsfasern können als im Wesentlichen starre Stäbe ausgebildet sein, die vorzugsweise mit Kunststoff ummantelt sind. Während nicht-eingebettete Verstärkungsfasern ohne Ummantelung typischerweise biegeschlaff sind, sind nicht-eingebettete, als starre Stäbe ausgebildete und mit Kunststoff ummantelte Verstärkungsfasern üblicherweise biegesteif. Das Material des Kunststoffmantels kann sich hierbei von dem Material der Kunststoffmatrix unterscheiden, es kann aber auch vorgesehen sein, dass dasselbe Material verwendet wird.
  • Vorzugsweise beträgt die Druckfestigkeit des Stützkörpers in Richtung einer vom Fluidtank auf den Stützkörper ausgeübten Kraft mindestens 60 N/mm2. Eine Druckfestigkeit dieser Größenordnung reicht in den meisten Fällen für eine sichere Lagerung des Fluidtanks aus.
  • Die Füllstoffe können Hohlräume aufweisen und/oder mit Gasen versetzt sein. Hierdurch kann das Gewicht des Auflagers oder des Stützkörpers reduziert werden. Der Stützkörper kann z. B. ein spezifisches Gewicht (Dichte) von höchstens 1,5 g/cm3 aufweisen. Weiterhin können die Füllstoffe im Wesentlichen kugelförmig sein. Die Füllstoffe können z. B. Hohlkugeln und/oder Glasgranulate und/oder Schaumglasgranulate umfassen. Auch kann eine Mischung aus den genannten Materialien als Füllstoff vorgesehen sein. Die Füllstoffe weisen typischerweise einen Durchmesser von wenigstens 0,25 mm und/oder einen Durchmesser von maximal 5 mm auf. Je nach Größe können die Füllstoffe z. B. eine Dichte von 0,2 bis 0,9 g/cm3 aufweisen. Vorzugsweise weist der Stützkörper einen Volumenanteil der Füllstoffe von mindestens 5% auf. Typischerweise beträgt der Volumenanteil der Füllstoffe bis zu 35%.
  • Ein Volumenanteil der Verstärkungsfasern im Stützkörper beträgt bevorzugt mindestens 10%. Weiterhin enthält der Stützkörper vorzugsweise einen Volumenanteil an Verstärkungsfasern von bis zu 35%. Der Stützkörper kann somit einen Volumenanteil der Füllstoffe und der Verstärkungsfasern von insgesamt maximal 70% aufweisen. Eine Erhöhung des Volumenanteils der Verstärkungsfasern kann zu einer Erhöhung der Druckfestigkeit und/oder der Dichte führen, während eine Erhöhung des Volumenanteils der Füllstoffe eine Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit und/oder der Dichte des Stützkörpers zu bewirken vermag. Je nach Zusammensetzung des Stützkörpers können also die Druckfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit jeweils in Abhängigkeit voneinander variieren und an optimale Bedingungen angepasst werden.
  • Typischerweise weist der Stützkörper eine thermische Leitfähigkeit von höchstens 0,3 W/m·K oder höchstens 0,25 W/m·K oder höchstens 0,21 W/m·K auf. Die thermische Leitfähigkeit des Stützkörpers kann mindestens 0,10 W/m·K oder mindestens 0,15 W/m·K oder mindestens 0,20 W/m·K betragen.
  • Die Verstärkungsfasern haben üblicherweise einen Durchmesser von wenigstens 0,25 mm und/oder einen Durchmesser von maximal 5 mm. Es kann auch vorgesehen sein, dass Verstärkungsfasern mit jeweils verschiedenen Durchmessern in die Kunststoffmatrix eingebettet sind. Die Verstärkungsfasern können ferner beispielsweise eine Länge von 5 cm bis zu 100 cm oder mehr aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Verstärkungsfasern über eine gesamte Höhe oder Länge oder Breite des Stützkörpers. Die Verstärkungsfasern können weiterhin innerhalb der Kunststoffmatrix z. B. Stäbe, ein Gitter, eine Matte, ein Gelege, ein multiaxiales Gelege, ein Rovinggewebe, Rovings oder ein Gewebe bilden.
  • Ferner weist der Stützkörper bevorzugt einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten in einem Temperaturbereich von –200°C bis 100°C von höchstens 20·10–6 K–1 auf. In typischen Ausführungsformen beträgt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient in Faserrichtung 12·10–6 K–1 bis 17·10–6 K–1. Eine Schrumpfung oder Ausdehnung des Fluidtanks aufgrund einer Abkühlung oder Erwärmung beim Füllen oder Entladen des verflüssigten Gases kann hierdurch ohne weiteres ertragen werden, und mechanische Spannungen im Fluidtank oder der angrenzenden Schiffsstruktur werden weitgehend reduziert.
  • Weiterhin weist der Stützkörper bevorzugt eine Feuchtigkeitsaufnahme bei 20°C und 65% relativer Luftfeuchtigkeit von weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 3% auf. Durch eine Beständigkeit der verwendeten Kunststoffe gegenüber einem Feuchtigkeitseintritt kann ein Aufquellen des Auflagers vorteilhaft reduziert werden.
  • Die Verstärkungsfasern umfassen z. B. Aramid-, Kohlenstoff-, Basalt-, Glas-, Polyamid-, Polyester- oder Naturfasern. Die genannten Fasern weisen unterschiedliche Eigenschaften auf. So weisen Aramidfasern eine relativ hohe Feuchtigkeitsaufnahme, aber eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, während Kohlenstofffasern eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit bei einer geringen Feuchtigkeitsaufnahme zeigen. Kohlenstoff- und Aramidfasern werden bevorzugt genutzt, wenn relativ hohe Druckfestigkeiten verlangt werden. Glasfasern weisen typischerweise eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Es kann auch eine Mischung aus verschiedenen Verstärkungsfasern im Stützkörper vorgesehen sein. Eine Verringerung der thermischen Leitfähigkeit des Stützkörpers kann z. B. mit einer Verringerung der Dichte und/oder der Druckfestigkeit einhergehen. Die Eigenschaften des Stützkörpers können also je nach Bedarf durch den Einsatz verschiedener Verstärkungsfasern abgestimmt werden. Die Entscheidung für die eine oder andere der genannten Fasern kann im konkreten Einzelfall den Kenntnissen und der Einschätzung des Fachmanns überlassen werden.
  • Die Kunststoffmatrix kann zumindest überwiegend Epoxidharz, Polyesterharz, Phenolharz, Polyurethanharz oder Vinylesterharz enthalten oder aus zumindest einem der genannten Harze bestehen. Auch hier weiß der Fachmann zu zwischen den Eigenschaften der genannten Harze zu unterscheiden. Den genannten Harzen ist gemein, dass sie eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Während Vinylesterharz eine gute Beständigkeit gegen Seewasser aufweist, ist Polyesterharz z. B. beständig gegen Wasser ohne gelöstes Salz.
  • Der Fachmann kann die oben genannten Verstärkungsfasern, Kunststoffmatrizen und Füllstoffe sowie deren Volumenanteile im Stützkörper entsprechend den vorgegebenen Bedingungen der Lagerung miteinander kombinieren. Insbesondere ist er in der Lage, eine für ein Auflager von Fluidtanks optimale Kombination aus Kunststoffmatrix, Verstärkungsfasern und Füllstoffen zu bestimmen.
  • Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Auflagers zur Lagerung und thermischen Isolation von Fluidtanks in Schiffen mit einem an einer Struktur des Schiffes festlegbaren Stützkörper bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
    • – Bereitstellen eines Formwerkzeugs,
    • – Anordnen von Verstärkungsfasern und Füllstoffen in dem Formwerkzeug,
    • – Füllen des Formwerkzeugs mit einem flüssigen Kunststoffharz,
    • – Aushärten des Kunststoffharzes zu einer Kunststoffmatrix und
    • – Herausnehmen des Stützkörpers aus dem Formwerkzeug.
  • Typischerweise erfolgt das Füllen des Formwerkzeugs mit dem Kunststoffharz mittels eines vakuumunterstützten Resin-Transfer-Malding-Verfahrens oder mittels eines Vakuuminjektionsverfahrens. Es kann vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern vor dem Anordnen in dem Formwerkzeug in einem zweiten Kunststoffharz getränkt werden und in einem ausgehärteten Zustand des zweiten Kunststoffharzes in dem Formwerkzeug in mindestens einer Richtung ausgerichtet werden.
  • Das Verfahren ist besonders gut geeignet zur Herstellung eines oben beschriebenen Auflagers.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Figuren erläutert. In den Figuren zeigt
  • 1 einen Schnitt durch ein als Loslager ausgebildetes Auflager eines Flüssiggastanks in einem Schiff,
  • 2 einen Schnitt durch ein als Festlager ausgebildetes Auflager eines Flüssiggastanks in einem Schiff,
  • 3 einen Schnitt B durch einen Stützkörper aus 2,
  • 4 einen Schnitt A durch einen Stützkörper aus 1,
  • 5 einen Schnitt C durch den Stützkörper aus 1 und
  • 6 einen Schnitt D durch den Stützkörper aus 2.
  • In den Figuren sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen. Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen.
  • Die 1 und 2 zeigen ein Los- 1 bzw. Festlager 2 zur Lagerung und zur thermischen Isolation eines Flüssiggastanks 5 in einem Schiff. Das Auflager 1 und 2 weist einen Stützkörper 3a und 3b mit einer oberen Seite 7 sowie einer unteren Seite 8 auf, der an einer Schiffsstruktur 4 festgelegt ist. Der Flüssiggastank 5 ist ein sogenannter LNG-Tank (Liquefied Natural Gas) und enthält flüssiges Methan, welches auf eine Temperatur von –163°C gekühlt ist. Er ist mittels einer aus dem Stand der Technik bekannten Isolierung isoliert und weist eine im Wesentlichen gekrümmte Form auf und kann z. B. kugelförmig, zylindrisch oder quaderförmig ausgebildet sein, wobei die Kugelform üblicherweise sowohl für den Druck als auch für die Isolierung eine optimale Bauform darstellt. Neben Methan können alternativ auch andere Gase in dem Flüssiggastank 5 gespeichert werden. Der Flüssiggastank 5 kann optional auch ein LPG-Tank sein (Liquefied Petroleum Gas).
  • Das Loslager 1 nimmt Gewichtkräfte des Flüssiggastanks in z-Richtung auf und ermöglicht eine Verschiebung des Flüssiggastanks 5 in horizontaler Richtung des Auflagers (y-Richtung und/oder x-Richtung), beispielsweise durch Schiffsbewegungen. Bei dem als Festlager ausgebildeten Auflager 2 weist der Stützkörper 3b eine Nut 9 auf, in der ein am Flüssiggastank 5 befestigtes Schwert 6 angeordnet ist. Hierdurch wird der Flüssiggastank 5 sowohl in vertikaler Richtung z des Auflagers als auch in Längsrichtung x des Auflagers fixiert. Das Festlager 2 fixiert den Flüssiggastank 5 außerdem in Querrichtung des Auflagers (y-Richtung, nicht dargestellt). Beim Festlager 2 können daher ungewollte Verschiebungen des Flüssiggastanks 5 im Schiff vermieden werden. Beim Loslager 1 hingegen kann der Flüssiggastank 5 aufgrund einer Abkühlung oder Erwärmung beim Befüllen oder Entladen des verflüssigten Gases in den Tank 5 bzw. aus dem Tank 5 schrumpfen oder sich ausdehnen. Hierdurch können Spannungen im Flüssiggastank 5 und der Schiffsstruktur 4 vermieden bzw. verringert werden.
  • Im Folgenden wird außerdem auf die 3 bis 6 Bezug genommen. Die 3 und 4 zeigen Schnitt B bzw. Schnitt A aus den 1 und 2, während die 5 und 6 zeigen Schnitt C bzw. Schnitt D aus den 1 und 2 zeigen. Hierbei ist jeweils nur ein Schnitt durch den Stützkörper 3a und 3b gezeigt.
  • Der Stützkörper 3a und 3b weist eine Kunststoffmatrix 10, in die Kunststoffmatrix eingebettete Füllstoffe 11 sowie in die Kunststoffmatrix 10 eingebettete Verstärkungsfasern 12 auf, welche in z-Richtung ausgerichtet sind. Der Stützkörper 3b umfasst ferner Verstärkungsfasern 13, die in x-Richtung ausgerichtet sind. In den gezeigten Beispielen besteht die Kunststoffmatrix 10 aus einem Epoxidharz, welches sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine Dichte von 1,1 g/cm3 auszeichnet. Die Kunststoffmatrix 10 kann ebenso aus einem anderen Harz gefertigt sein, wie beispielsweise Polyesterharz, Phenolharz, Polyurethanharz oder Vinylesterharz.
  • Die Füllstoffe 11 bewirken eine Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit und sind im Ausführungsbeispiel als Blähglasgranulat ausgebildet. Das Blähglasgranulat umfasst aufgeschäumtes Glas mit kleinen luftgefüllten Poren und weist einen Durchmesser von etwa 1 mm bis 2 mm auf. Durch die als Blähglasgranulat ausgebildeten Füllstoffe 11 ist neben einer Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit auch eine Gewichtsreduzierung des Loslagers 1 oder des Festlagers 2 möglich.
  • Die Verstärkungsfasern 12 und 13 sind als in Epoxidharz getränkte, starre Glasstäbe mit einem Durchmesser von 2 mm ausgebildet und dienen einer Erhöhung der Druckfestigkeit des Festlagers 2 in z-Richtung bzw. x-Richtung, während die Verstärkungsfasern 12 für eine Erhöhung der Druckfestigkeit in z-Richtung des Loslagers 1 sorgen. Die Stäbe 12 und 13 sind in einer Gitterstruktur angeordnet, aber können optional auch innerhalb der Kunststoffmatrix 10 eine Matte, ein Gelege, ein multiaxiales Gelege, ein Rovinggewebe, Rovings oder ein Gewebe bilden. Die Verstärkungsfasern 12 erstrecken sich von der unteren Seite 8 bis zur oberen Seite 7 des Stützkörpers 3a und 3b. In weiteren Ausführungsformen sind die Verstärkungsfasern in mehr als drei Richtungen ausgerichtet. Die Glasstäbe 12 weisen ferner eine Dichte von 2,6 g/cm3 auf.
  • Für verschiedene Stützkörper 3a und 3b mit den oben beschriebenen Eigenschaften wurde ein Volumenanteil der Kunststoffmatrix, der Verstärkungsfasern und der Füllstoffe variiert und die Druckfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Stützkörper 3a und 3b wurden ermittelt. in der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Bestandteile, die Druckfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit für sieben verschiedene Stützkörper 3a und 3b zusammengefasst. Tabelle 1: Volumenanteil der Kunststoffmatrix, der Verstärkungsfasern und der Füllstoffe, Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen Stützkörpern i bis vii.
    Stützkörper Kunststoffmatrix [Vol. %] Verstärkungsfasern [Vol. %] Füllstoffe [Vol. %] Druckfestigkeit [N/mm2] Wärmeleitfähigkeit [W/mk]
    i 65 0 35 48 0,10
    ii 60 15 25 72 0,17
    iii 72 15 13 80 0,20
    iv 77 10 13 83 0,21
    v 95 0 5 120 0,30
    vi 90 10 0 135 0,38
    vii 70 30 0 150 0,50
  • Der Tabelle ist zu entnehmen, dass bei steigender Füllstoffmenge die Wärmeleitfähigkeit und die Druckfestigkeit des Stützkörpers 3a und 3b sinken, Bei steigendem Volumenanteil der Verstärkungsfasern hingegen steigen die Wärmeleitfähigkeit und die Druckfestigkeit des Stützkörpers 3a und 3b. Es muss deswegen ein Kompromiss zwischen niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Druckfestigkeit gefunden werden.
  • Es hat sich herausgestellt, dass der Stützkörper 3a und 3b eine Druckfestigkeit in Richtung einer vom Flüssiggastank 5 ausgeübten Kraft von mindestens 60 N/mm2 und eine Wärmeleitfähigkeit von höchstens 0,30 W/mK haben sollte. Aus Vergleich mit Tabelle 1 ergibt sich, dass der Stützkörper 3a und 3b einen Füllstoffvolumenanteil von mindestens 5% und höchstens 30%, in vorteilhafter Weise 25% aufweist. Der Volumenanteil der Verstärkungsfasern 12 und 13 sollte zwischen 10% und 20% liegen, vorzugsweise bei 15%.
  • Die Stützkörper 3a und 3b zeichnen sich ferner durch eine geringe Dichte von höchstens 1,5 g/cm3 und eine niedrige Feuchtigkeitsaufnahme von 3% bei 20°C und 65% relativer Luftfeuchtigkeit aus. Ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient der Stützkörper beträgt 17·10–6 K–1 in Längsrichtung der Verstärkungsfasern 12 und 13.
  • Durch Variation der oben beschriebenen Eigenschaften, insbesondere der Volumenanteile der Füllstoffe, Verstärkungsfasern und Kunststoffmatrix im Stützkörper 3a und 3b, können für den jeweiligen Anwendungsfall auch spezifisch verstärkte oder stärker isolierende Auflager 1 und 2 hergestellt werden.
  • Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Auflagers 1 und 2 zur Lagerung und thermischen Isolation von Flüssiggastanks 5 in Schiffen mit einem an einer Struktur 4 des Schiffes festlegbaren Stützkörper 3a und 3b zur Verfügung gestellt.
  • Zunächst wird ein Formwerkzeug zum Formen des Stützkörpers 3a und 3b bereitgestellt. Danach werden Glasfasern in einem Epoxidharz getränkt zur Bildung von starren Glasstäben 12 und 13. Im ausgehärteten zustand des Epoxidharzes werden die mit Epoxidharz ummantelten starren Glasstäbe 12 und 13 in dem Formwerkzeug gitterförmig ausgerichtet. Zur Herstellung eines Festlagers kann es vorgesehen sein, dass mehrere Gruppen von Glasstäben 12 und 13 in verschiedene Richtungen ausgerichtet werden. Anschließend wird Blähglasgranulat in dem Formwerkzeug um die Glasstäbe 12 und 13 herum angeordnet. Mittels eines vakuumunterstützen Resin-Transfer-Moulding Verfahrens wird das Formwerkzeug mit flüssigem Epoxidharz gefüllt. Nach dem Aushärten des Epoxidharzes zu einer Epoxidharzmatrix 10 in dem Formwerkzeug wird der fertige Stützkörper 3a und 3b aus dem Formwerkzeug herausgeholt. Anschließend wird der Stützkörper 3a und 3b an der Schiffsstruktur 4 befestigt, wonach der Flüssiggastank 5 auf den Stützkörper 3a und 3b montiert wird. Das Verfahren eignet sich besonders gut zur Herstellung des Loslagers 1 aus der 1 oder des Festlagers 2 aus der 2.
  • Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden. Selbstverständlich können die oben beschriebenen Materialgrößen miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (16)

  1. Auflager (1, 2) zur Lagerung und zur thermischen Isolation von Fluidtanks (5) in Schiffen mit einem an einer Struktur (4) des Schiffes festlegbaren Stützkörper (3a, 3b), der eine Kunststoffmatrix (10) zur Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit, in die Kunststoffmatrix (10) eingebettete Füllstoffe (11) zur Gewichtsreduzierung und/oder zur Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit und in die Kunststoffmatrix (10) eingebettete Verstärkungsfasern (12, 13) zur Erhöhung der Druckfestigkeit aufweist.
  2. Auflager (1, 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Kunststoffmatrix (10) eingebetteten Verstärkungsfasern (12, 13) in mindestens einer Richtung einer vom Fluidtank (5) auf den Stützkörper (3a, 3b) ausgeübten Kraft ausgerichtet sind.
  3. Auflager (1, 2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (3a, 3b) mehrere Gruppen von Verstärkungsfasern (12, 13) aufweist, die in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind.
  4. Auflager (1,2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12, 13) als im Wesentlichen starre Stäbe ausgebildet sind, die vorzugsweise mit Kunststoff ummantelt sind.
  5. Auflager (1, 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfestigkeit des Stützkörpers (3a, 3b) in Richtung einer vom Fluidtank (5) auf den Stützkörper (3a, 3b) ausgeübten Kraft mindestens 60 N/mm2 beträgt.
  6. Auflager (1, 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe (11) im Wesentlichen kugelförmig sind und/oder Hohlräume aufweisen und/oder mit Gasen versetzt sind.
  7. Auflager (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (3a, 3b) einen Volumenanteil der Füllstoffe (11) von maximal 35% und einen Volumenanteil der Verstärkungsfasern (12, 13) von maximal 35% aufweist.
  8. Auflager (1, 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (3a, 3b) eine thermische Leitfähigkeit von höchstens 0,30 W/mK und/oder eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,10 W/mK aufweist.
  9. Auflager (1, 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12, 13) und/oder die Füllstoffe (11) einen Durchmesser von wenigstens 0,25 mm haben und/oder einen Durchmesser von maximal 5,0 mm haben.
  10. Auflager (1, 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12, 13) innerhalb der Kunststoffmatrix (10) Stäbe, ein Gitter, eine Matte, ein Gelege, ein multiaxiales Gelege, ein Rovinggewebe, Rovings oder ein Gewebe bilden.
  11. Auflager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Stützkörper (3a, 3b) ein spezifisches Gewicht von höchstens 1,5 g/cm3 und/oder einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten in einem Temperaturbereich von –200°C bis 100°C von höchstens 20·10–6 K–1 und/oder eine Feuchtigkeitsaufnahme bei 20°C und 65% rel. Luftfeuchtigkeit von weniger als 5% aufweist.
  12. Auflager (1, 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12, 13) Aramid-, Kohlenstoff-, Basalt-, Glas-, Polyamid-, Polyester- oder Naturfasern sind und/oder dass die Kunststoffmatrix (10) zumindest überwiegend Epoxidharz, Polyesterharz, Phenolharz, Polyurethanharz oder Vinylesterharz enthält oder aus zumindest einem der genannten Harze besteht und/oder die Füllstoffe (11) Hohlkugeln und/oder Blähglasgranulate und/oder Schaumglasgranulate umfassen.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Auflagers (1, 2) zur Lagerung und zur thermischen Isolation von Fluidtanks (5) in Schiffen mit einem an einer Struktur (4) des Schiffes festlegbaren Stützkörper (3a, 3b), das Verfahren folgende Schritte umfassend: – Bereitstellen eines Formwerkzeuges, – Anordnen von Verstärkungsfasern (12, 13) und Füllstoffen (11) in dem Formwerkzeug, – Füllen des Formwerkzeuges mit einem flüssigen Kunststoffharz, – Aushärten des Kunststoffharzes zu einer Kunststoffmatrix (10) und – Herausnehmen des Stützkörpers (3a, 3b) aus dem Formwerkzeug.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllen des Formwerkzeuges mit dem Kunststoffharz mittels eines vakuumunterstützten Resin-Transfer-Moulding-Verfahrens oder mittels eines Vakuum-Injektions-Verfahrens erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12, 13) vor dem Anordnen in dem Formwerkzeug in einem zweiten Kunststoffharz getränkt werden und in einem ausgehärteten Zustand des zweiten Kunststoffharzes in dem Formwerkzeug in mindestens einer Richtung ausgerichtet werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zur Herstellung eines Auflagers (1, 2) nach einem der Anspruche 1 bis 12.
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